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电解槽专题

电解槽专题

电解车间用聚合物混凝土作耐酸设备

文字:[大][中][小] 2012-9-21  浏览次数:2554

    铜、镍、铅、锌和贵金属的最后一道冶炼工序都是采用电解精炼或电积回收。在这个过程中除了控制电化学条件外,还存在一个电解液对设备的腐蚀问题, 采用先进的耐酸材料已进入电解车间的高技术领域。比如乙烯树脂可以和耐酸骨料(石英砂)结合形成聚合物混凝土, 也可用它作为各种装酸容器的表层衬里。在这方面南北美洲的电解槽最近已广泛采用聚合物混凝土, 而电解液贮槽用乙烯树脂代替环氧树脂、聚丙烯及其他材料。亚洲、非洲、欧洲的许多精炼厂相对比较落后,中国的电解车间在采用这种新型材料方面也应该迅速赶上去。不少工厂领导人在国外看到了这种槽子,称赞不已,但进口这种槽子,价格太高,不敢问津。笔者正在研究如何利用国产材料在中国设厂制造, 以降低成本,相信这种先进的材料设备不久会在中国广泛采用。
    乙烯树脂不但耐腐蚀性能好, 而且机械性能特别好。电解槽的结构目前已从组合式拼装过渡到一个整体用模子浇铸。这种整体式聚合物混凝土电解槽在国际防腐蚀技术公司(简称CTI )拥有专利,该公司为环球工业技术公司的子公司, 总厂设在美国达那斯。澳大利亚、比利时、智利、墨西哥、韩国设有制造分厂。这种整体电解槽连同溢流槽、电解液下降管、进液管、快装和电解液分离系统形成一个整体。
    旧式的电解槽和贮液槽用木材、钢材或混凝土作槽体内衬铅皮、沥青、橡胶或塑料在全世界历史上成功地用于抗化学腐蚀、抗机械冲击起过很好的作用,但是到今天已经过时了,代之而起的是聚合物混凝土, 它的抗腐蚀性能、 抗机械冲击性能更好,能大大地减少车间维修工作量, 提高电解效率和生产率。
    另外, 旧式带内衬的电解槽腐蚀后更换下来处理也是一个令人头痛的问题。笔者看到国内一些电解厂,厂区内堆了不少这种废旧电解槽,而新的聚合物混凝土电解槽寿命长, 即使报废也比较容易处理,减少处理的费用。
    现在大家都认识到, 电解车间的现代化, 应该采用新的阳极定量浇铸机组、 阳极准备机组、酸雾抑制系统、自动吊车和不锈钢永久阴极,但新型电解槽和上述设备一样,对提高产品产量、提高产品质量、降低成本起着同样重要的作用。对今后提高工厂的竞争力也将起着重要的作用。
    1 序言
    有色金属电解精炼过程中,电解液作为一个媒体将金属离子传递到阴极上去,在电解槽里, 电解液形成一个低压电路并不断循环,电解液循环的路线是经过电解槽、 贮液槽、 高位槽和其他溶液处理设备。 在正常生产过程中,电解液必须严格控制成分和循环速度以获得最大的生产率和产品质量、最小的维护费用和环保费用。必须避免设备受到化学腐蚀和机械破损。化学腐蚀和机械破损将引起溶液泄漏从而造成环境保护问题和经济损失。
    传统的电解槽及电解液容器由两部分组成, 一是由木材或钢材、混凝土构成的槽体骨架,一是由铅皮、沥青、塑料或橡胶构成的内衬。这种电解槽结构通常容易产生电解液的泄漏, 需要花费相当高的资金来维护修理, 这种泄漏不仅引起成本增加, 而且造成环境恶劣。
    聚合物混凝土电解槽是将各种材料混合浇铸成一个整体,因此没有组合件的连接和密封问题, CTI的整体聚合物混凝土电解槽——简称U nicell ,它是一种完全耐腐蚀的单一整体材料,而且强度比传统电解槽高。由于有这些优点,聚合物混凝土电解槽在全世界电解厂受到重视。
    2 聚合物混凝土的强度
    聚合物混凝土是用由乙烯树脂和耐腐蚀的骨料配成。CTI 的聚合物混凝土产品是应用该公司获得专利的改进型乙烯树脂,这种材料不仅耐腐蚀性能特别好,还能改进产品的强度和耐热冲击, 其性能和普通混凝土比较如下:
    聚合物混凝土不仅对有色金属电解生产中的化合物是惰性的,而且能够使电解车间在很大程度上抗机械破损、按CTI 的实践,由于这种电解槽优越的物理性能, 加上采用玻璃钢的加强筋可以保护电解槽因阳极板掉落槽底或阴极板划破槽壁而造成的事故,对聚合物混凝土电解槽来说,即使阳极板掉到电解槽底上, 基本上也不会造成破坏。
    3 聚合物混凝土电解槽在世界上的发展过程
    聚合物混凝土电解槽在 1974 年由赞比亚的赫曼•瓦兹沃兹开发后首次面世; 1984 年在美国犹他州盐湖城的肯尼柯特铜厂首次在北美问世, 当时这种电解槽还不是整体结构, 由5 片拼装而成, 1片槽底, 4片槽壁。当时这种聚合物混凝土电解槽的材料是成功的。但是这种由5片拼装的电解槽的接缝处还是有问题。
    由于电解车间多年来采用乙烯树脂铺地板或作设备内衬对抗腐蚀、抗机械破损是成功的, 证明这种材料有能力抗电解液的腐蚀, 因此决定了下一步的发展,是应用这种材料制造整体电解槽。
    CTI 1988 年 9 月在亚利桑那州圣曼努埃尔的马格马铜公司开发了这种整体电解槽, 取名Uni-cell。这种电解槽包括溢流槽、电解液下降管和管道系统作为电解槽的一部分整体浇铸,它没有连接缝的密封问题, 不需要另外设电解液的进出管附件,这种电解槽还设有不锈钢预埋件的快速安装人行走道和支撑托架。这种电解槽的成功导致南方线材公司和其他工厂成批应用。
    现在聚合物混凝土电解槽已推广到全北美洲许多铜、锌、铟、镍和其他金属的电解厂开始对其原有的老电解槽进行更换,或者在扩建工程中采用这种新电解槽。
    由于整体聚合物电解槽的成功, 导致全世界 70家以上的电解厂包括美国、加拿大、墨西哥、智利、秘鲁、比利时、西班牙、法国、英国、瑞典、俄罗斯、澳大利亚、日本、非洲、印度和韩国应用了这种电解槽, 每个整体电解槽都成功地满足了各精炼厂的要求, 现在全世界有 20 000 个以上的聚合物混凝土电解槽在使用。
    聚合物混凝土耐酸技术不仅成功地应用于电解槽, 还成功地应用于制作电解液贮液槽、高位槽、溶解槽、集液槽等。如果这种槽子体积太大不便于运输时,它可以在每个精炼厂的现场浇铸。
    聚合物混凝土装酸设备帮助解决了传统装酸容器由于介质腐蚀造成的高维护费用问题。过去5年,这种聚合物混凝土作为一种先进的防腐材料因降低有色金属工业的生产成本而被广泛使用。
    4 聚合物混凝土电解槽的设计
    国际防腐技术公司的聚合物混凝土由改进型的乙烯树脂和干燥的耐酸石英砂作骨料, 尽管这种材料强度很大,但还需对偶发事故进行保护。国际防腐技术公司获得专利的整体电解槽用该公司拥有专利的玻璃钢作混凝土的加强筋, 这种加强筋不导电, 这种电解槽的结构由ST AAD Ⅲ或ALCOR 有限元分析软件完成结构计算,使每个电解槽能抗最大的计算压力和冲击。
    整体浇铸的聚合物混凝土电解槽比如 Unicell,内壁光滑、四角为圆形、槽底带坡度, 对电解槽清槽时阳极泥的排出和清洗作业比较容易。现代的电解槽制造过程可以使电解槽的尺寸做得很准确, 安装简单,有利于电解作业的自动化。图    1、 图2 是正在安装电解槽的车间内部照片。
    5 聚合物混凝土电解槽给企业带来的利润
    每个使用聚合物混凝土电解槽的用户都能从减少维修费用中获得较大的利润。较高的利润率能使企业保持较长时间的竞争力, 较好的产品质量还能减少厂房占用面积, 改进生产的安全度,增加电解槽内极板数量,提高生产率,容易安装和废电解槽易于处理。有一个电解厂从改为Unicell 后, 5 年来维修费用等于零。由于这种电解槽比较薄, 强度比较大,槽的内部尺寸保持原样, 外部尺寸比原来的小,因此他们的电解车间现在比较宽松, 使用方便。
    每一个电解厂可以根据自己的情况提出要求,专门为该厂设计不同的电解槽规格尺寸, 这样便于工厂的操作者和工程师去优化各自车间的配置以便用最小的费用获得最大的利润。
    Unicell 附带的溢流槽、电解液下降管、加液管和排液系统都嵌在聚合物混凝土槽壁或槽底内,加上设备制造的公差为±3 mm,极大地简化了电解槽的安装、排列和外部设备的连接, 减少维修费用、减少厂房面积,提高车间生产率。
由于Unicell 是一个整体, 没有接合处密封问题, 没有电解液泄漏问题, 不会造成环境污染, 这一点很重要,因为各国政府目前极为重视这个问题, 制订了严格的环保法。
    聚合物混凝土电解槽表面还有一层乙烯树脂的涂料,它还能渗透到聚合物混凝土内一定的深度, 这样可以使槽的表面光滑无缝, 清槽快而简易, 减少阳极泥积压,加速资金周转。
    聚合物混凝土表面用乙烯树脂处理后,不但完全不被电解液腐蚀, 而且不吸收任何溶液,不像老电解槽那样被电解液浸透污染, 这种老电解槽报废后换下来处理很费事, 增加了生产成本。 而废旧的聚合物混凝土电解槽处理容易、 费用少。
    Unicell 强度大,槽壁薄,槽子外形尺寸减小, 在现有电解车间安装这种电解槽,可以增加电解槽数量,对每个电解槽来说可以增加极板数量,在不提高电流密度下就可提高生产率。
    传统电解槽普遍存在一个问题, 混凝土槽壁上的钙因腐蚀而进入电解液形成CaSO4 ,而聚合物混凝土没有钙进入电解液的问题。
    传统电解槽在服务期限内,槽子的形状尺寸是变化的, 而聚合物混凝土电解槽在它的服务期限内能保持槽子尺寸稳定不变, 这样能保持电解液在槽内的循环速度均匀从而保证产品的质量。
    按ST AAD Ⅲ或ALGOR 有限元分析所做的聚合物混凝土电解槽设计, 比如CT I 的U nicell 在安装时只在每个电解槽底部的四个角用圆形矮柱支撑不像传统电解槽是沿每个槽底边设支撑梁, 结构简单投资省。
聚合物混凝土对电解液分离系统、地震设防、槽子顶部设施、保温绝缘和各种槽子油漆设计都比较灵活,所有这些特点产    生了高级耐酸容器从而增加了用户的利润。
    6 其他用途
    聚合物混凝土已成功地应用于电解液贮槽、集液槽、高位槽、溶解槽、酸回收槽和特大型槽子。 对于体积庞大的耐酸容器, CTI 采用多段合成法制造, 即在CT I 的工厂里浇铸设备的大部件,将这些大部件运到用户的现场,在现场浇铸相关的部件,完成全部制造过程。
    由于乙烯树脂的强度大、灵活性大、耐腐蚀、易于安装,它也是高腐蚀环境下的电解车间铺地板的最好材料。
    乙烯树脂对于有酸腐蚀的厂房墙壁和柱子作涂料也是很成功的。
    许多耐酸容器内衬一层乙烯树脂以改善其防腐蚀性能。
    乙烯树脂还成功地应用于电解槽顶部设施,如电解槽盖板、 保温板等,它比木板更好。
    7 将来的发展
    CTI 与贝克特设计公司和夸得拉国际公司合作正在研究开发在聚合物混凝土电解槽和耐酸容器上配备酸雾抑制装置, 使这种新型电解槽增值。CTI 还在为一个大铜厂设计制造这种新研究开发的特种电解槽。
    8 结论
    现代化聚合物混凝土电解槽的设计和对电解车间其他现代化所作的努力是一致的, 目的在于减少出装槽、清槽所需的劳动力、减少电解槽的维修费用、降低生产成本、减少停槽时间、提高生产率和产品质量, 使电解操作更有竞争力以面临全球经济的挑战。
1 lb/ in2= 6 894. 7 Pa

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